1
Podstawy techniki cyfrowej
Stany logiczne i operacje arytmetyczno-logiczne (I)
Wprowadzenie
Elektronika cyfrowa (technika cyfrowa) zajmuje siê realizacj¹
bêd¹cych odzwierciedleniem wartoœci ró¿nych wielkoœci fizycznych. Taki sposób
wyra¿ania wartoœci tych¿e wielkoœci jest znacznie bardziej powtarzalny i, na ogó³,
obarczony mniejszym b³êdem ni¿ przy przetwarzaniu analogowym.
Podstawowymi operacjami matematycznymi s³u¿¹cymi przetwarzaniu sygna³ów na drodze
cyfrowej s¹ operacje arytmetyczne -
. Elektronika cyfrowa
do realizacji swych zadañ pos³uguje siê
. Systemy te
projektowane s¹, w szczególnoœci, na bazie matematycznej
zajmuj¹cej siê
mi.in. algebr¹ Boole'a, metodami syntezy uk³adów kombinacyjnych oraz metodami syntezy
synchronicznych uk³adów sekwencyjnych.
We wspó³czesnych systemach cyfrowych stosuje siê praktycznie wy³¹cznie binarny system
liczbowy, gdzie elementarnym noœnikiem informacji jest
, który mo¿e przyj¹æ 2
wartoœci (stany) - rys. 1:
w uk³adach cyfrowych z
- reprezentowana jest przez
nisk¹, a
tzw.
wartoϾ
wartoϾ
przez wysok¹ wartoœæ napiêcia;
w uk³adach cyfrowych z tzw.
wartoϾ
- reprezentowana jest przez
wysok¹, a wartoœæ
przez nisk¹ wartoœæ napiêcia.
operacji na liczbach
dodawania (odejmowania) i mno¿enia
uk³adami lub systemami cyfrowymi
teorii automatów
jeden bit
"0" bitu
logik¹ dodatni¹
"1" bitu
logik¹ ujemn¹
"0" bitu
"1" bitu
Rys. 1. Stany logiczne w uk³adzie cyfrowym pracuj¹cym z logik¹ dodatni¹
u
Z
u
"1"
H
L
u
"0"
t
T
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
2
Podstawy techniki cyfrowej
Uk³ady cyfrowe pracuj¹
, co oznacza, ¿e elementy aktywne (przyrz¹dy pó³przewodnikowe
- g³ównie tranzystory oraz diody) u¿yte do ich realizacji pracuj¹ jako prze³¹czniki (klucze). Oznacza to,
¿e napiêcie kolektora mo¿e byæ wysokie (zbli¿one do napiêcia zasilania) lub niskie (zbli¿one do 0).
Reprezentacja liczb w systemie binarnym:
2
2
2 2
liczba N-bitowa:
gdzie: b 0 lub b =1.
Operacje realizowane w oparciu o systemy cyfrowe:
Wartoœci napiêæ zwi¹zane ze stanami logicznymi s¹ pochodn¹ technologii w jakiej realizowane
s¹ uk³ady cyfrowe (np. TTL - Transistor-Transistor Logic, LVTTL - Low Voltage TTL, CMOS itd.).
Operacje matematyczne na liczbach binarnych
- arytmetyczne:
waga pozycji ->
N-1
N-2
1
0
b
b
… b b
N-1
N-2
1
0
i
=
i
Ogólnie - za pomoc¹ liczby N-bitowej (ci¹gu bitów zapisanych 0-1 na N-polach) - wyraziæ
mo¿na 2 kombinacji 0-1 (np. 2 ró¿nych liczb).
N
N
dwustanowo
dodawanie (odejmowanie), mno¿enie
2
7
=
9
+
liczby 4-bitowe bez znaku
0 0 1 0
0 1 1 1
1 0 0 1
2
7
-
2
+
(-7)
=
-5
liczby 4-bitowe ze znakiem
liczby 4-bitowe ze znakiem
bit znaku:
"0"- liczba dodatnia,
"1"-liczba ujemna
0 0 1 0
0 1 1 1
0 0 1 0
1 0 0 1
1 0 1 1
U2
2
7
=
14
x
liczby 4-bitowe bez znaku
0 0 1 0
0 1 1 1
0 0 1 0
0 0 1 0
0 0 1 0
0 0 0 0
0 0 0 1 1 1 0
Stany logiczne i operacje arytmetyczno-logiczne (II)
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
3
Podstawy techniki cyfrowej
Stany logiczne i operacje arytmetyczno-logiczne (III)
Ogólnie:
• wynik dodawania 2 liczb N-bitowych reprezentowany
na N+1 pozycjach
– sposób minimalizacji funkcji boolowskich. Zosta³ odkryty w 1950 roku przez Maurice
Karnaugha. W ogólnym przypadku znalezienie formu³y minimalnej dla zadanej funkcji boolowskiej jest bardzo
skomplikowanym problemem. Jednak jeœli funkcja ma ma³¹ liczbê zmiennych (do szeœciu) i zostanie zapisana w
specjalnej tablicy zwanej
, wówczas znalezienie minimalnej formu³y odbywa siê na drodze
intuicyjnej. W celu minimalizacji funkcji o wiêkszej liczbie wejœæ stosuje siê
.
jest
• wynik mno¿enia 2 liczb N-bitowych reprezentowany jest na 2N pozycjach
W³aœciwoœæ ta mo¿e powodowaæ wyst¹pienie tzw.
w uk³adzie cyfrowym, które z kolei mo¿e byæ
przyczyn¹ b³êdów !
przepe³nienia
Ka¿d¹ z³o¿on¹ funkcjê logiczn¹ (tzw.
) mo¿na przedstawiæ za pomoc¹
operacji logicznych: sumy, iloczynu i negacji ale wymaga to u¿ycia tych trzech rodzajów funktorów
logicznych !. Stosuje siê w tym celu ró¿ne
funkcji prze³¹czaj¹cych.
Uk³ady cyfrowe realizuj¹ce elementarne operacje matematyczne buduje siê z podstawowych
struktur cyfrowych tzw.
. W oparciu o bramki logiczne buduje siê uk³ady cyfrowe
realizuj¹ce z³o¿one operacje arytmetyczno-logiczne. Przy projektowaniu takich uk³adów istotnym
staje siê zagadnienie
.
• logiczne (funkcje algebry Boole'a -
i dodatkowa - z³o¿ona):
suma logiczna modulo 2
funkcjê prze³¹czaj¹c¹
metody syntezy
bramek logicznych
minimalizacji liczby bramek logicznych
,
Metoda Karnaugh
tablic¹ Karnaugh
metody komputerowe
trzy podstawowe
negacja
logiczna, suma logiczna, iloczyn logiczny
A
B
Y
or
A
neg
Y
A
B
Y
and
A
B
Y
xor
ci¹gi 1-bitowe
ci¹gi 1-bitowe
ci¹gi 1-bitowe
ci¹gi 1-bitowe
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 1
0 1
1 0
0 0 1 1
0 1 0 1
0 0 0 1
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 0
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
4
Podstawy techniki cyfrowej
Stany logiczne i operacje arytmetyczno-logiczne (IV)
Formaty zapisu (notacji) liczb binarnych w oparciu o inne systemy (konwersja
formatu)
Oprócz naturalnego zapisu dwójkowego (przy u¿yciu liczb z zakresu: 0,1) stosuje siê zapisy równowa¿ne
- bardziej zwiêz³e:
(
0,...,7)
Przyk³ad:
(
) - najczêœciej spotykany
ósemkowy
przy u¿yciu liczb z zakresu:
heksadecymalny - przy u¿yciu liczb z zakresu: 0,...,15 oraz zastosowaniu do ich
prezentacji cyfr z zakresu: 0,...,9 oraz liter: A,B,C,D,E,F
Przyk³ad:
47
o057
47
#2F
(zapis dziesi¹tkowy): b00101111 -> b00 101 111 ->
(zapis dziesi¹tkowy): b00101111 -> b0010 1111 ->
szesnastkowy
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
5
Podstawy techniki cyfrowej
Bramki (funktory) logiczne
(I)
Symbole elektryczne i funkcje logiczne realizowane przez
najczêœciej spotykane bramki podano na rys. 2.
Przyk³adowy zapis funkcji jednej lub dwu zmiennych
logicznych A i B:
- funkcja jednej zmiennej (A)
Z punktu
widzenia technicznej realizacji systemu cyfrowego - z³o¿onego
z bramek logicznych - istotne jest, ¿e dowoln¹ funkcjê z³o¿on¹
zrealizowaæ mo¿na w oparciu o 2 typy bramek logicznych:
i
. Z tego powodu bramki logiczne stanowi¹ce
f u n k t o r y
t y c h
w ³ a œ n i e
o p e r a c j i
s ¹
n a j b a r d z i e j
rozpowszechnione i uznano je za podstawowe.
Najczêœciej stosowane w literaturze symbole elementów i uk³adów
logicznych zgodne s¹ norm¹ amerykañsk¹:
.
IEEE Std. 91-1973
NOR
NAND
Rys. 2. Symbole elektryczne podstawowych
bramek logicznych oraz realizowane
przez nie funkcje
Pojedyncze bramki logiczne lub ich niewielkie zespo³y
p r o d u k o w a n e
s ¹
w
f o r m i e
u k ³ a d ó w
s c a l o n y c h
o
m a ³ e j
s k a l i
i n t e g r a c j i
-
S S I
(SSI - ang. Small Scale Integration)
Tablice prawdy
(tablice przejϾ)
A B X
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
6
Podstawy techniki cyfrowej
Bramki (funktory) logiczne
(II)
Przyk³ad
Synteza uk³adu logicznego realizuj¹cego funkcjê prze³¹czaj¹c¹ za pomoc¹ bramek NAND.
Funkcja zadana:
y
1
3
2
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
7
Podstawy techniki cyfrowej
Kombinacyjne bloki funkcjonalne (I)
A. Bloki arytmetyczne
1. Sumator (arytmetyczny) - 4 bitowy
Symbol logiczny uk³adu
Sumatory tego typu mo¿na ³¹czyæ kaskadowo ( -jednostek)
w celu realizacji operacji na liczbach o d³ugoœci
bit.
n
n x 4
Istotnymi staj¹ siê wtedy linie przeniesieñ !
Wejœcie
przeniesienia
Wyjœcie
przeniesienia
(bitu nadmiarowego)
Tablica przejϾ (tablica funkcyjna)
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
8
Podstawy techniki cyfrowej
Kombinacyjne bloki funkcjonalne (II)
Schemat funkcjonalny (logiczny) sumatora
Sumator sk³adowy (1-bitowy)
Blok
generacji
przeniesienia
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
9
Podstawy techniki cyfrowej
Kombinacyjne bloki funkcjonalne (III)
2. 4-bitowa jednostka arytmetyczno-logiczna - ALU (ALU - ang. Arithmetic Logic Unit)
Symbol logiczny uk³adu
Symbol logiczny - uproszczony
Tablica przejϾ (tablica funkcyjna)
Wyjœcie bloku komparatora
cyfrowego dwóch liczb
A
B
F
S
C
n
C
n+4
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
Schemat funkcjonalny (logiczny) jednostki arytmetyczno-logicznej
10
Podstawy techniki cyfrowej
Kombinacyjne bloki funkcjonalne (IV)
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
11
Podstawy techniki cyfrowej
Kombinacyjne bloki funkcjonalne (V)
B. Bloki komutacyjne
1. Dekoder (prosty) kodu dwójkowego na kod "1 z 8"
Symbol logiczny uk³adu
Tablica przejϾ
Schemat logiczny (funkcjonalny)
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
Podstawy techniki cyfrowej
Kombinacyjne bloki funkcjonalne (VI)
2. Multiplekser
Symbol logiczny uk³adu
Przyk³ad demultipleksera 3-bitowego
z wyjœciami komplementarnymi, 3-stanowymi
Tablica przejϾ
Stan "Hi-Z" (ang. high impedance)
traktowaæ mo¿na jako trzeci"stan logiczny",
który, funkcjonalnie, umo¿liwia do³¹czenie
wielu wyjœæ do jednej (wspólnej) linii systemowej
OE
Sterowanie wyjœciem
- stanem "Hi-Z"
(OE - ang. Output Enable)
Y
Y
Y
12
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
Podstawy techniki cyfrowej
Kombinacyjne bloki funkcjonalne (VII)
Multiplekser (c.d.)
Symbol logiczny uk³adu
Na przyk³adzie podwójnego multipleksera 2-bitowego
Tablica przejϾ
13
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
Podstawy techniki cyfrowej
Kombinacyjne bloki funkcjonalne (VIII)
4. Demultiplekser
Schemat logiczny uk³adu
Na przyk³adzie demultipleksera 1-bitowego 4 na 16
14
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
Podstawy techniki cyfrowej
Kombinacyjne bloki funkcjonalne (VIII)
Demultiplekser (c.d.)
Na przyk³adzie demultipleksera 1-bitowego 4 na 16
15
Tablica przejϾ
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
Podstawy techniki cyfrowej
Kombinacyjne bloki funkcjonalne (VIII)
Bloki funkcjonalne - czasowe
4.Kodery
5.Konwertery kodów
6.Inne
- proste
- priorytetowe
- kodu dwójkowego na kod Graya
- kodu dwójkowego na kod wskaŸnika 7- segmentowego (typu LED)
- innego typu
Generatory parzystoœci...
1.Generatory przebiegów
2.Uk³ady z pêtl¹ synchronizacji fazy (PLL)
3.Multiwibratory monostabilne
4.Uk³ady opóŸniaj¹ce (linie opóŸniaj¹ce)
5.Uk³ady specjalne
- o sta³ej czêstotliwoœci sygna³u wyjœciowego (RC, kwarcowe)
- przestrajane (napiêciem)
Zawieraj¹ rozwi¹zania z pogranicza technik cyfrowej i analogowej !
16
Wymienione dot¹d bloki funkcjonalne realizowane s¹ najczêœciej w formie uk³adów
scalonych o œredniej skali integracji MSI (MSI - ang. Medium Scale Integration)
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
Podstawy techniki cyfrowej
Przerzutniki (I)
Przerzutnik - element pamiêciowy lub inaczej - element z pamiêci¹ ostatniego stanu
logicznego.
Rodzaje przerzutników:
przerzutniki statyczne proste (ang. latch)
synchronizowane przerzutniki z³o¿one (ang. flip-flop)
RS
JK
D
17
Realizacja
(z bramek NAND)
Przebiegi
Tablica przejœcia
Symbol logiczny
Tablica przejœcia
Przebiegi
J
C
K
Q
Q
D
C
Q
Q
Symbol logiczny
Tablica przejœcia
Przebiegi
S=R=1 (inaczej:
= =0)
- stan zabroniony
S R
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
Podstawy techniki cyfrowej
Przerzutniki (II)
Przerzutniki synchronizowane (synchroniczne) posiadaj¹ szereg wejœæ i wyjœæ o œciœle okreœlonych
funkcjach i w³aœciwoœciach:
- wejœcia zegarowe ( - ang.
) - o dzia³aniu synchronicznym (dynamicznym),
- wejœcia zerowania (
- ang.
) i ustawiania wyjœcia (
- ang.
) - o dzia³aniu
asynchronicznym (statycznym),
- wejœcia danych ( - ang.
) - dynamiczne, synchronizowane przebiegiem zegarowym C,
- wyjœcia - proste ( ) oraz zanegowane (
).
W uk³adach cyfrowych z³o¿onych z wiêkszej liczby przerzutników sterowanych wspólnym sygna³em
zegarowym wystêpuje zwykle tzw.
, który spowodowaæ mo¿e b³êdne
dzia³anie uk³adu (systemu) !
T
C
CLOCK
R
RESET
S
SET
D
DATA
Q
problem synchronizacji
Q
18
Tablica przejœcia
Przerzutnik typu T dzia³a jak przerzutnik JK,
w którym po³¹czono oba wejœcia: J=K=T !
T
C
Q
Q
Symbol logiczny
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
Podstawy techniki cyfrowej
Przerzutniki (III)
Techniczne (praktyczne) realizacje przerzutników
przerzutnik JK dwutaktowy (ang. Master-Slave - MS)
przerzutnik typu D wyzwalany zboczem (ang. edge-triggered)
Konstrukcja przerzutnika dwutaktowego zapewnia jego niezawodn¹ pracê niezale¿nie od stromoœci (szybkoœci
zmian) sygna³u zegarowego (taktuj¹cego). Ponadto, poniewa¿ wejœcia nie oddzia³ywuj¹ bezpoœrednio na wyjœcia
uk³adu, przerzutnik taki mo¿e realizowaæ specyficzne funkcje.
19
Przebiegi
Przebiegi
Realizacja
Realizacja
M
W = JCQ
Z = KCQ
S
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
Podstawy techniki cyfrowej
Przerzutniki (IV)
20
Przerzutniki T, D oraz JK realizowane na bazie innych przerzutników JK oraz D
Przerzutniki s³u¿¹ do realizacji z³o¿onych bloków funkcjonalnych
w postaci: rejestrów, pamiêci, liczników, uk³adów specjalnych.
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
Podstawy techniki cyfrowej
Sekwencyjne bloki funkcjonalne (I)
21
A. Rejestry
Rejestry s³u¿¹ do przechowywanie informacji. Pe³ni¹ czêsto rolê uk³adów buforuj¹cych -
poœrednicz¹cych w przesy³aniu danych pomiêdzy urz¹dzeniami cyfrowymi o ró¿nych
szybkoœciach pracy.
Istotnym zagadnieniem jest tutaj sposób wprowadzania i wyprowadzania informacji - w zwi¹zku
z tym rejestry dzieli siê na:
- równoleg³e
- szeregowe
W zale¿noœci od tego czy informacjê do rejestru wprowadza siê za pomoc¹ wejœæ
synchronizowanych czy te¿ statycznych, rejestry dziel¹ siê na:
- synchroniczne,
- asynchroniczne.
Kolejnym istotnym czynnikiem ró¿nicuj¹cym rejestry jest ich pojemnoœæ (ew. d³ugoœæ). Jest to
liczba bitów, które mog¹ znajdowaæ siê jednoczeœnie w rejestrze.
Dane wprowadzane i wyprowadzane s¹
równolegle.
Dane mog¹ byæ:
- wprowadzane równolegle, a wyprowadzana szeregowo (inna nazwa: "rejestry równoleg³o -
szeregowe")
- wprowadzane szeregowo, a wyprowadzane równolegle (inna nazwa: "rejestry szeregowo -
równoleg³e").
- wprowadzane oraz wyprowadzane szeregowo.
tylko
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
Podstawy techniki cyfrowej
Sekwencyjne bloki funkcjonalne (II)
22
Przyk³ady
4-bitowy, synchroniczny rejestr równoleg³y zbudowany z przerzutników typu D
4-bitowy, synchroniczny rejestr z wejœciem oraz wyjœciem szeregowym zbudowany
z przerzutników typu D
D
C
Q
Q
D
C
Q
Q
D
C
Q
Q
D
C
Q
Q
D
0
D
1
D
2
D
3
Y
0
C
Y
1
Y
2
Y
3
D
C
Q
Q
D
C
Q
Q
D
C
Q
Q
D
C
Q
Q
D
C
Y
C
t
S
t
L
t
H
t
P
D
Y
t
P
- czas propagacji (ang. propagation time) - min/max
t
S
- czas ustalania (ang. setup time) - min
t
L
- czas trwania impulsu zegarowego (ang. load time) - min
t
H
- czas utrzymywania (ang. hold time) - min
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
Podstawy techniki cyfrowej
Sekwencyjne bloki funkcjonalne (III)
23
B. Liczniki
Pod wzglêdem sposobu dzia³ania rozró¿nia siê liczniki:
Licznik s³u¿y do zliczania impulsów (zmian stanów cyfrowych sygna³u wejœciowego) i
pamiêtania ich liczby. Na ogó³ ma on wyjœcia równoleg³e, na których pojawia siê informacja o
liczbie zliczonych impulsów.
dzielnik czêstotliwoœci
P
okresem licznika
"modulo P"
P <= 2
N
P=2
wejœcia
zeruj¹cego
sygna³ przeniesienia
Odmian¹ licznika jest
posiadaj¹cy z regu³y - w odró¿nieniu od licznika - tylko
jedno wyjœcie.
Ka¿dy licznik ma pewn¹ pojemnoœæ
zwana równie¿
(licznik zlicza impulsy
) przy czym:
, gdzie:
- liczba bitów licznika lub d³ugoœæ licznika (inaczej: liczba
przerzutników, które trzeba u¿yæ to budowy licznika). Jedn¹ z kombinacji kodu wyjœciowego przyjmuje
siê za pocz¹tkow¹ (na ogó³ jest to liczba "b0...0"). Licznik o okrsie
, licz¹cy w naturalnym kodzie
dwójkowym nazywa siê licznikiem dwójkowym (czêsto spotykane s¹ równie¿ liczniki dziesi¹tkowe tzn.
o pojemnoœci: P=10).
Wartoœæ pocz¹tkowa mo¿e byæ czêsto ustawiana za pomoc¹ dedykowanego wejœcia tzw.
(asynchronicznego).
Po podaniu na wejœcie licznika P zmian sygna³u osi¹ga on wartoœæ maksymaln¹ - generowany jest
wtedy tzw.
(przepe³nienia) licznika. Kolejny impuls powoduje zerowanie siê
licznika (osi¹gniêcie wartoœci pocz¹tkowej).
w tym: synchroniczne - z przeniesieniem szeregowym lub równoleg³ym,
N
N
- asynchroniczne (szeregowe) lub synchroniczne (równoleg³e)
- z wpisywaniem równoleg³ym,
- rewersyjne (tzn. licz¹ce w górê lub w dó³) - w zale¿noœci od stanu wejœcia logicznego
steruj¹cego t¹ funkcj¹
- specjalne (np. pseudopierœcieniowe Johnsona).
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
Przyk³ady
3-bitowy licznik asynchroniczny "modulo 8" licz¹cy w górê, z wejœciem zeruj¹cym
Podstawy techniki cyfrowej
Sekwencyjne bloki funkcjonalne (IV)
24
Realizacja
JK
B³êdne stany na wyjœciach dekodera -
tej wady uk³adu nie powoduj¹
liczniki synchroniczne !
Realizacja
D
W
yjœcia
dekodera
"1
z
8
"
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
Uk³ady scalone zawieraj¹ce cyfrowe elementy logiczne wykonane w bipolarnej
technologii
(ang. TTL - Transistor-Transistor Logic) zosta³y wprowadzone na
rynek przez amerykañsk¹ firmê
w roku 1962 - w formie rodziny
typu
. Uk³ady te produkowane s¹ do dnia dzisiejszego - g³ównie w szeregu
zaawansowanych rozwiniêciach technologii TTL oraz jej migracji w kierunku
technologii CMOS oraz mieszanej - Bi-CMOS (rodziny odpowiednio: HC, HCT, LVC,
LVT, ABT, AUG, itd.) .
Pe³ne oznaczenie rodziny 7400 z rozwiniêciami:
(
wersja
temperaturowa - komercyjna lub:
wersja temperaturowa - przemys³owa,
-
wersja temperaturowa - wojskowa), gdzie: XXX - 2- lub 3- cyfrowa liczba.
I
Uk³ady scalone TTL zawieraj¹ g³ównie:
• zespo³y bramek logicznych (skala integracji: SSI),
• pojedyncze przerzutniki oraz ich zespo³y (skala integracji: SSI),
• kombinacyjne oraz sekwencyjne bloki funkcjonalne (skala integracji: MSI).
stotnym prze³omem technicznym i technologicznym w dziedzinie techniki cyfrowej by³o
wprowadzenie na rynek uk³adów TTL z diodami Schottky'ego w postaci rodzin:
,
,
,
, które odznaczaj¹ siê wiêksz¹ szybkoœci¹ dzia³ania i
(lub) mniejszym poborem mocy w stosunku do pierwowzoru.
Parametry uk³adów TTL:
• parametry elektryczne
• parametry cieplne
-
-
-
- statyczne: napiêcie zasilania (+5V), wartoœci poziomów logicznych, obci¹¿alnoœæ wyjœæ, œredni
pobór mocy
- dynamiczne: czas propagacji sygna³u, czasy narastania i opadania przebiegów
zakres temperatur roboczych (otoczenia)
TTL
Texas Instruments
7400
SN 4XXX
SN74LS XXX
SN74S XXX SN74ALS XXX SN74AS XXX
7
7
6
5
Podstawy techniki cyfrowej
Cyfrowe uk³ady scalone TTL (I)
25
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
Podstawy techniki cyfrowej
Cyfrowe uk³ady scalone TTL (II)
26
Migracja technologii DTL w kierunku TTL
Bramka NAND DTL
(DTL - ang. Diode-Transistor Logic)
Bramka NAND TTL
Schemat uproszczony
Przebieg rzeczywistej charakterystyki
przejœciowej bramki logicznej (inwertera TTL)
na tle pola rozrzutu charakterystyk i korytarza
dopuszczalnych poziomów napiêæ na wejœciu
i wyjœciu
Schemat pe³ny
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
Podstawy techniki cyfrowej
Cyfrowe uk³ady scalone TTL (III)
27
Przyk³ady uk³adów cyfrowych TTL
zawieraj¹cych bramki
Przyk³ady uk³adów cyfrowych TTL
zawieraj¹cych przerzutniki
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
Podstawy techniki cyfrowej
Pamiêci pó³przewodnikowe
28
Pamiêæ pó³przewodnikowa s³u¿y do przechowywania danych w postaci cyfrowej (0-1). Zawiera
, przy czym jedna komórka s³u¿y do przechowywania informacji o 1 bicie. Pamiêci
organizowane s¹ w s³owa o d³ugoœci N bitów.
Pamiêæ charakteryzowana jest
g³ównie przez:
- pojemnoœæ (M-s³ów N-bitowych,
co daje: M x N bitów)
- sposób dostêpu:
- parametry elektryczne:
- pamiêæ o dostêpie swobodnym
(zapis/odczyt) -
(SRAM -
ang. Static Random Access
Memory);
pamiêci styczne skonstruowane s¹
na bazie przerzutników
bistabilnych (jeden przerzutnik
odpowiada jednej komórce
pamiêci - zawiera informacjê o
stanie 1 bitu),
- pamiêæ tylko do odczytu -
(ROM- ang. Read Only Memory)
- pamiêæ nieulotne-
reprogramowalne -
- statyczne,
- dynamiczne
SRAM
ROM
PROM,
EPROM, EEPROM, FLASH
komórki pamiêci
o pojemnoœci 128k x 8 (1 Mb)
Schemat logiczny pamiêci SRAM
Linie adresowe
Linie
adresowe
Linie
steruj¹ce
dostêpem
Linie
danych
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV
Podstawy techniki cyfrowej
Pamiêci pó³przewodnikowe
(c.d.)
29
CE
A
0-(M-1)
A - Adress Lines
D - Data Lines
CE - Chip Enable
WE - Write Enable
OE - Output Enable
SRAM
D
0-(N-1)
WE
OE
Symbol logiczny pamiêci SRAM
o pojemnoœci
bitów
MxN
Elektronika Analogowa i Cyfrowa
MCHT, Sem. IV